keepalived高可用簡介與配置

来源:https://www.cnblogs.com/lynk/archive/2019/03/08/10498043.html
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keepalived簡介 keepalived介紹 Keepalived 軟體起初是專為LVS負載均衡軟體設計的，用來管理並監控LVS集群系統中各個服務節點的狀態，後來又加入了可以實現高可用的VRRP功能。因此，Keepalived除了能夠管理LVS軟體外，還可以作為其他服務（例如：Nginx、Ha ...


keepalived簡介

keepalived介紹

Keepalived 軟體起初是專為LVS負載均衡軟體設計的，用來管理並監控LVS集群系統中各個服務節點的狀態，後來又加入了可以實現高可用的VRRP功能。因此，Keepalived除了能夠管理LVS軟體外，還可以作為其他服務（例如：Nginx、Haproxy、MySQL等）的高可用解決方案軟體。

Keepalived軟體主要是通過VRRP協議實現高可用功能的。VRRP是Virtual Router RedundancyProtocol(虛擬路由器冗餘協議）的縮寫，VRRP出現的目的就是為瞭解決靜態路由單點故障問題的，它能夠保證當個別節點宕機時，整個網路可以不間斷地運行。

所以，Keepalived 一方面具有配置管理LVS的功能，同時還具有對LVS下麵節點進行健康檢查的功能，另一方面也可實現系統網路服務的高可用功能。

keepalived的重要功能

keepalived 有三個重要的功能，分別是：

  • 管理LVS負載均衡軟體
  • 實現LVS集群節點的健康檢查
  • 作為系統網路服務的高可用性（failover）

keepalived高可用故障轉移的原理

Keepalived 高可用服務之間的故障切換轉移，是通過 VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol ,虛擬路由器冗餘協議）來實現的。

在 Keepalived 服務正常工作時，主 Master 節點會不斷地向備節點發送（多播的方式）心跳消息，用以告訴備 Backup 節點自己還活看，當主 Master 節點發生故障時，就無法發送心跳消息，備節點也就因此無法繼續檢測到來自主 Master 節點的心跳了，於是調用自身的接管程式，接管主 Master 節點的 IP 資源及服務。而當主 Master 節點恢復時，備 Backup 節點又會釋放主節點故障時自身接管的IP資源及服務，恢復到原來的備用角色。

VRRP ,全 稱 Virtual Router Redundancy Protocol ,中文名為虛擬路由冗餘協議 ，VRRP的出現就是為瞭解決靜態踣甶的單點故障問題，VRRP是通過一種競選機制來將路由的任務交給某台VRRP路由器的。

keepalived工作原理描述

Keepalived高可用對之間是通過VRRP通信的，因此，我們從 VRRP開始瞭解起：

  1. VRRP,全稱 Virtual Router Redundancy Protocol,中文名為虛擬路由冗餘協議，VRRP的出現是為瞭解決靜態路由的單點故障。
  2. VRRP是通過一種竟選協議機制來將路由任務交給某台 VRRP路由器的。
  3. VRRP用 IP多播的方式（預設多播地址（224.0_0.18))實現高可用對之間通信。
  4. 工作時主節點發包，備節點接包，當備節點接收不到主節點發的數據包的時候，就啟動接管程式接管主節點的開源。備節點可以有多個，通過優先順序競選，但一般 Keepalived系統運維工作中都是一對。
  5. VRRP使用了加密協議加密數據，但Keepalived官方目前還是推薦用明文的方式配置認證類型和密碼。

介紹完 VRRP,接下來我再介紹一下 Keepalived服務的工作原理：

Keepalived高可用是通過 VRRP 進行通信的， VRRP是通過競選機制來確定主備的，主的優先順序高於備，因此，工作時主會優先獲得所有的資源，備節點處於等待狀態，當主掛了的時候，備節點就會接管主節點的資源，然後頂替主節點對外提供服務。
在 Keepalived 服務之間，只有作為主的伺服器會一直發送 VRRP 廣播包,告訴備它還活著，此時備不會槍占主，當主不可用時，即備監聽不到主發送的廣播包時，就會啟動相關服務接管資源，保證業務的連續性.接管速度最快可以小於1秒。

keepalived配置文件詳解

keepalived 的主配置文件為/etc/keepalived/keepalived.conf

! Configuration File for keepalived

global_defs {            #全局配置
   notification_email {         #定義報警收件人郵件地址
     [email protected]
     [email protected]
     [email protected]
   }
   notification_email_from [email protected]    #定義報警發件人郵箱
   smtp_server 192.168.200.1    #郵箱伺服器地址
   smtp_connect_timeout 30      #定義郵箱超時時間
   router_id LVS_DEVEL          #定義路由標識信息，同區域網內唯一
   vrrp_skip_check_adv_addr
   vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_instance VI_1 {        #定義實例
    state MASTER            #指定keepalived節點的初始狀態，可選值為MASTER|BACKUP
    interface eth0          #VRRP實例綁定的網卡介面，用戶發送VRRP包
    virtual_router_id 51    #虛擬路由的ID，同一集群要一致
    priority 100            #定義優先順序，按優先順序來決定主備角色，優先順序越大越優先
    nopreempt               #設置不搶占
    advert_int 1            #主備通訊時間間隔
    authentication {        #配置認證
        auth_type PASS      #認證方式，此處為密碼
        auth_pass 1111      #同一集群中的keepalived配置里的此處必須一致，推薦使用8位隨機數
    }
    virtual_ipaddress {     #配置要使用的VIP地址
        192.168.200.16
    }
}

virtual_server 10.10.10.2 1358 {    #配置虛擬伺服器
    delay_loop 6        #健康檢查的時間間隔
    lb_algo rr          #lvs調度演算法
    lb_kind NAT         #lvs模式
    persistence_timeout 50      #持久化超時時間，單位是秒
    protocol TCP        #4層協議

    sorry_server 192.168.200.200 1358   #定義備用伺服器，當所有RS都故障時用sorry_server來響應客戶端

    real_server 192.168.200.2 1358 {    #定義真實處理請求的伺服器
        weight 1                        #給伺服器指定權重，預設為1
        HTTP_GET {
            url {
              path /testurl/test.jsp    #指定要檢查的URL路徑
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d   #摘要信息
            }
            url {
              path /testurl2/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            url {
              path /testurl3/test.jsp
              digest 640205b7b0fc66c1ea91c463fac6334d
            }
            connect_timeout 3       #連接超時時間
            nb_get_retry 3          #get嘗試次數
            delay_before_retry 3    #在嘗試之前延遲多長時間
        }
    }

定製主配置文件

vrrp_instance段配置

nopreempt      #設置為不搶占。預設是搶占的，當高優先順序的機器恢復後，會搶占低優先 \
級的機器成為MASTER，而不搶占，則允許低優先順序的機器繼續成為MASTER，即使高優先順序 \
的機器已經上線。如果要使用這個功能，則初始化狀態必須為BACKUP。

preempt_delay  #設置搶占延遲。單位是秒，範圍是0---1000，預設是0.發現低優先 \
級的MASTER後多少秒開始搶占。

vrrp_script段配置

#作用：添加一個周期性執行的腳本。腳本的退出狀態碼會被調用它的所有的VRRP Instance記錄。
#註意：至少有一個VRRP實例調用它並且優先順序不能為0.優先順序範圍是1-254.
vrrp_script <SCRIPT_NAME> {
          ...
    }

#選項說明：
script "/path/to/somewhere"     #指定要執行的腳本的路徑。
interval <INTEGER>              #指定腳本執行的間隔。單位是秒。預設為1s。
timeout <INTEGER>               #指定在多少秒後，腳本被認為執行失敗。
weight <-254 --- 254>           #調整優先順序。預設為2.
rise <INTEGER>                  #執行成功多少次才認為是成功。
fall <INTEGER>                  #執行失敗多少次才認為失敗。
user <USERNAME> [GROUPNAME]     #運行腳本的用戶和組。
init_fail                       #假設腳本初始狀態是失敗狀態。

#weight說明： 
1. 如果腳本執行成功(退出狀態碼為0)，weight大於0，則priority增加。
2. 如果腳本執行失敗(退出狀態碼為非0)，weight小於0，則priority減少。
3. 其他情況下，priority不變。

real_server段配置

weight <INT>            #給伺服器指定權重。預設是1
inhibit_on_failure      #當伺服器健康檢查失敗時，將其weight設置為0， \
                        而不是從Virtual Server中移除
notify_up <STRING>      #當伺服器健康檢查成功時，執行的腳本
notify_down <STRING>    #當伺服器健康檢查失敗時，執行的腳本
uthreshold <INT>        #到這台伺服器的最大連接數
lthreshold <INT>        #到這台伺服器的最小連接數

tcp_check段配置

connect_ip <IP ADDRESS>     #連接的IP地址。預設是real server的ip地址
connect_port <PORT>         #連接的埠。預設是real server的埠
bindto <IP ADDRESS>         #發起連接的介面的地址。
bind_port <PORT>            #發起連接的源埠。
connect_timeout <INT>       #連接超時時間。預設是5s。
fwmark <INTEGER>            #使用fwmark對所有出去的檢查數據包進行標記。
warmup <INT>    //指定一個隨機延遲，最大為N秒。可防止網路阻塞。如果為0，則關閉該功能。
retry <INIT>                #重試次數。預設是1次。
delay_before_retry <INT>    #預設是1秒。在重試之前延遲多少秒。

keepalived實現nginx負載均衡的高可用

環境：

  • centos7-Lynk-192.168.26.128
  • centos7-Zelda-192.168.83.132
  • 虛擬IP（VIP）地址為 192.168.83.250
#在兩個機器上配置yum源及環境（這裡只寫出主機的，從機一樣）
[root@Lynk ~]# systemctl stop firewalld
[root@Lynk ~]# systemctl disable firewalld
[root@Lynk ~]# setenforce 0
[root@Lynk ~]# sed -ri 's/^(SELINUX=).*/\1disabled/g' /etc/selinux/config
[root@Lynk ~]# curl -o /etc/yum.repos.d/CentOS7-Base-163.repo http://mirrors.163.com/.help/CentOS7-Base-163.repo
[root@Lynk ~]# sed -i 's/\$releasever/7/g' /etc/yum.repos.d/CentOS7-Base-163.repo
[root@Lynk ~]# sed -i 's/^enabled=.*/enabled=1/g' /etc/yum.repos.d/CentOS7-Base-163.repo
[root@Lynk ~]# yum -y install epel-release vim wget gcc gcc-c++
#安裝keepalived
[root@Lynk ~]# yum -y install keepalived
#安裝nginx
[root@Lynk ~]# yum -y install nginx
[root@Lynk ~]# cd /usr/share/nginx/html/
[root@Lynk ~]# mv index.html{,.bak}
[root@Lynk ~]# echo 'slave' > index.html
[root@Lynk ~]# systemctl start nginx
[root@Lynk ~]# systemctl enable nginx

修改配置文件

#主機配置文件
[root@Lynk ~]# cat > /etc/keepalived/keepalived.conf <<EOF
! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id lb01
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens32
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass lynk123
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.83.250
    }
}

virtual_server 192.168.83.250 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP

    real_server 192.168.83.128 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }

    real_server 192.168.83.132 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}
EOF
#從機配置文件
[root@Zelda ~]# cat > /etc/keepalived/keepalived.conf <<EOF
! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id lb02
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens32
    virtual_router_id 51
    priority 90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass lynk123
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.83.250
    }
}

virtual_server 192.168.83.250 80 {
    delay_loop 6
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP

    real_server 192.168.83.128 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }

    real_server 192.168.83.132 80 {
        weight 1
        TCP_CHECK {
            connect_port 80
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}
EOF

keepalived監控nginx負載均衡

主機

#編寫監控腳本
[root@Lynk ~]# mkdir /scripts
[root@Lynk ~]# cd /scripts/
[root@Lynk scripts]# cat > check_n.sh <<EOF
#!/bin/bash
nginx_status=$(ps -ef|grep -Ev "grep|$0"|grep '\bnginx\b'|wc -l)
if [ $nginx_status -lt 1 ];then
    systemctl stop keepalived
fi
EOF
[root@Lynk scripts]# chmod +x check_n.sh
[root@Lynk scripts]# cat > notify.sh <<EOF
#!/bin/bash
VIP=$2
sendmail (){
        subject="${VIP}'s server keepalived state is translate"
        content="`date +'%F %T'`: `hostname`'s state change to master"
        echo $content | mail -s "$subject" [email protected]
}
case "$1" in
  master)
        nginx_status=$(ps -ef|grep -Ev "grep|$0"|grep '\bnginx\b'|wc -l)
        if [ $nginx_status -lt 1 ];then
            systemctl start nginx
        fi
        sendmail
  ;;
  backup)
        nginx_status=$(ps -ef|grep -Ev "grep|$0"|grep '\bnginx\b'|wc -l)
        if [ $nginx_status -gt 0 ];then
            systemctl stop nginx
        fi
  ;;
  *)
        echo "Usage:$0 master|backup VIP"
  ;;
esac
EOF
[root@Lynk scripts]# chmod +x notify.sh

#修改主機配置
[root@Lynk ~]# vim /etc/keepalived/
#按如下內容添加
global_defs {
   router_id lb01
}

vrrp_script nginx_check {
    script "/scripts/check_n.sh"
    interval 1
    weight -20
}
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens32
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass lynk123
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.83.250
    }
    notify_master "/scripts/notify.sh master 192.168.83.250"
    notify_backup "/scripts/notify.sh backup 192.168.83.250"
}

從機

[root@Zelda ~]# mkdir /scripts
[root@Zelda ~]# cd /scripts/
[root@Zelda scripts]# cat > notify.sh <<EOF
#!/bin/bash
VIP=$2
sendmail (){
        subject="${VIP}'s server keepalived state is translate"
        content="`date +'%F %T'`: `hostname`'s state change to master"
        echo $content | mail -s "$subject" [email protected]
}
case "$1" in
  master)
        nginx_status=$(ps -ef|grep -Ev "grep|$0"|grep '\bnginx\b'|wc -l)
        if [ $nginx_status -lt 1 ];then
            systemctl start nginx
        fi
        sendmail
  ;;
  backup)
        nginx_status=$(ps -ef|grep -Ev "grep|$0"|grep '\bnginx\b'|wc -l)
        if [ $nginx_status -gt 0 ];then
            systemctl stop nginx
        fi
  ;;
  *)
        echo "Usage:$0 master|backup VIP"
  ;;
esac
EOF
[root@Zelda scripts]# chmod +x notify.sh

#修改配置文件
[root@Zelda ~]# vim /etc/keepalived/
#按如下內容添加
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface ens32
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass lynk123
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.83.250
    }
    notify_master "/scripts/notify.sh master 192.168.83.250"
    notify_backup "/scripts/notify.sh backup 192.168.83.250"
}

腦裂

在高可用（HA）系統中，當聯繫2個節點的“心跳線”斷開時，本來為一整體、動作協調的HA系統，就分裂成為2個獨立的個體。由於相互失去了聯繫，都以為是對方出了故障。兩個節點上的HA軟體像“裂腦人”一樣，爭搶“共用資源”、爭起“應用服務”，就會發生嚴重後果——或者共用資源被瓜分、2邊“服務”都起不來了；或者2邊“服務”都起來了，但同時讀寫“共用存儲”，導致數據損壞（常見如資料庫輪詢著的聯機日誌出錯）。
　　
對付HA系統“裂腦”的對策，目前達成共識的的大概有以下幾條：

  • 添加冗餘的心跳線，例如：雙線條線（心跳線也HA），儘量減少“裂腦”發生幾率；
  • 啟用磁碟鎖。正在服務一方鎖住共用磁碟，“裂腦”發生時，讓對方完全“搶不走”共用磁碟資源。但使用鎖磁碟也會有一個不小的問題，如果占用共用盤的一方不主動“解鎖”，另一方就永遠得不到共用磁碟。現實中假如服務節點突然死機或崩潰，就不可能執行解鎖命令。後備節點也就接管不了共用資源和應用服務。於是有人在HA中設計了“智能”鎖。即：正在服務的一方只在發現心跳線全部斷開（察覺不到對端）時才啟用磁碟鎖。平時就不上鎖了。
  • 設置仲裁機制。例如設置參考IP（如網關IP），當心跳線完全斷開時，2個節點都各自ping一下參考IP，不通則表明斷點就出在本端。不僅“心跳”、還兼對外“服務”的本端網路鏈路斷了，即使啟動（或繼續）應用服務也沒有用了，那就主動放棄競爭，讓能夠ping通參考IP的一端去起服務。更保險一些，ping不通參考IP的一方乾脆就自我重啟，以徹底釋放有可能還占用著的那些共用資源

腦裂產生的原因

一般來說，腦裂的發生，有以下幾種原因：

  • 高可用伺服器對之間心跳線鏈路發生故障，導致無法正常通信
    • 因心跳線斷開（包括網線斷裂、水晶頭鬆動等物理原因）
    • 因網卡及相關驅動壞了，ip配置及衝突問題（網卡直連）
    • 因心跳線間連接的設備故障（網卡及交換機）
    • 因仲裁的機器出問題（採用仲裁的方案）
  • 高可用伺服器上開啟了 iptables防火牆阻擋了心跳消息傳輸
  • 高可用伺服器上心跳網卡地址等信息配置不正確，導致發送心跳失敗
  • 其他服務配置不當等原因，如心跳方式不同，心跳廣插衝突、軟體Bug等

註意：

Keepalived配置里同一 VRRP實例如果 virtual_router_id兩端參數配置不一致也會導致裂腦問題發生。

腦裂的常見解決方案

在實際生產環境中，我們可以從以下幾個方面來防止裂腦問題的發生：

  • 同時使用串列電纜和乙太網電纜連接，同時用兩條心跳線路，這樣一條線路壞了，另一個還是好的，依然能傳送心跳消息
  • 當檢測到裂腦時強行關閉一個心跳節點（這個功能需特殊設備支持，如Stonith、feyce）。相當於備節點接收不到心跳消患，通過單獨的線路發送關機命令關閉主節點的電源

  • 做好對裂腦的監控報警（如郵件及手機簡訊等或值班）.在問題發生時人為第一時間介入仲裁，降低損失。例如，百度的監控報警短倍就有上行和下行的區別。報警消息發送到管理員手機上，管理員可以通過手機回覆對應數字或簡單的字元串操作返回給伺服器.讓伺服器根據指令自動處理相應故障，這樣解決故障的時間更短.
    　　

    當然，在實施高可用方案時，要根據業務實際需求確定是否能容忍這樣的損失。對於一般的網站常規業務.這個損失是可容忍的

3.3 對腦裂進行監控

對腦裂的監控應在備用伺服器上進行，通過添加zabbix自定義監控進行。
監控什麼信息呢？監控備上有無VIP地址

備機上出現VIP有兩種情況：

  • 發生了腦裂
  • 發生主備切換

監控只是監控發生腦裂的可能性，不能保證一定是發生了腦裂，因為正常的主備切換VIP也是會到備上的。

監控腳本如下（應放在備選伺服器上）：

#!/bin/bash

if [ $(ip a show ens33 |grep 172.16.12.250|wc -l) -ne 0 ]
then
#發現備選伺服器上有VIP
    echo "1"
else
#沒發現備選伺服器上有VIP
    echo "0"
fi
done

編寫腳本時要註意，網卡要改成你自己的網卡名稱，VIP也要改成自己的VIP，並修改/scripts目錄的屬主&屬組為zabbix

zabbix監控配置請參考zabbix監控配置與郵件告警


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    上學那會兒逃課去玩，上班了卻要逃班上課，挺有意思，逃班上課第一天，打卡！ ...
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